JP6923374B2

JP6923374B2 - 板状キャリア、研磨装置および研磨体の製造方法

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Publication number: JP6923374B2
Application number: JP2017127495A
Authority: JP
Inventors: 圭一及川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2017-06-29
Filing date: 2017-06-29
Publication date: 2021-08-18
Anticipated expiration: 2037-06-29
Also published as: JP2019010688A

Description

本開示は、中心軸に沿って等距離の外周面を有する被研磨体を研磨するための板状キャリア、研磨装置および中心軸に沿って等距離の外周面を有する研磨体の製造方法に関する。

プランジャなど、中心軸に沿って等距離の外周面を有する被研磨体の外周面の研磨方法として、研磨面を構成する一対の定盤の間に、矩形状の開口部を有する保持孔を放射状に設け、自転と公転を付与されるキャリアを配置し、保持孔に被研磨体の曲面が上下定盤に当接するように配置し、被研磨体をその曲面の周方向に回転させ、被研磨体の中心軸が定盤主面に沿うようにしながら被研磨体を自由移動させて、被研磨体の曲面を研磨する研磨方法が開示されている（特許文献１）。

図９に、従来のキャリア３０の概略図を示す。キャリア３０の保持孔（収納部）３１は、上面視したとき、矩形状となっている。そして、被研磨体３２の外周面と対面する保持孔３１の壁面３１ａは、被研磨体３２の中心軸方向と平行となっており、被研磨体３２の全長にわたって、被研磨体３２と壁面３１ａとが接触している。

特開２０１１−１６１５５９号公報

従来のキャリア３０で、例えば、板状の基板を研磨する場合、基板の主面の表面粗さを所定の範囲とすればよく、側面の表面粗さは問題とならなかった。

しかしながら、上述の研磨方法で、中心軸に沿って等距離の外周面を有する被研磨体３２を研磨すると、被研磨体３２の周方向に回転する被研磨体３２と、キャリア３０との間に異物が入り込んだ場合、その異物が回転する被研磨体３２と接触して被研磨体３２の外周面に周方向にキズが発生するという問題があった。

本開示の板状キャリア、研磨装置および研磨体の製造方法は、例えば、円筒状、円柱状の研磨体を作製するためのものであり、研磨体の外周面にキズが発生するのを抑制することを目的とする。

本開示の板状キャリアは、上面および下面を有する板状であり、中心軸に沿って等距離の外周面を有する円柱状または円筒状の被研磨体を前記中心軸が前記下面と平行となるように配置することによって、前記被研磨体を前記被研磨体の前記中心軸を中心に回転可能に収納する、前記上面から前記下面に貫通する収納部を有し、前記収納部は、前記中心軸を挟んで両側からそれぞれ前記外周面と対面する第１側面および第２側面と、前記被研磨体の両端面にそれぞれ対面する第３側面および第４側面とを有し、前記第１側面は、上面視において前記外周面を少なくとも２つの支持部で支持する支持壁面と、前記支持部の間に配置された、前記上面から前記下面にかけて前記外周面と接触しない第１凹部とを有する。

本開示の研磨装置は、前記板状キャリアと、中心軸に沿って等距離の外周面を有する円柱状または円筒状の被研磨体を研磨する定盤と、を備え、前記定盤と、前記定盤の上に配置された前記板状キャリアとが相対的に移動することによって、前記被研磨体の前記外周面を研磨する。

本開示の研磨体の製造方法は、前記研磨装置の前記収納部に前記被研磨体を収納する工程と、前記定盤と前記キャリアとを相対的に移動させ、前記定盤で前記被研磨体の前記外周面を研磨する工程とを、有する。

本開示の板状キャリア、研磨装置によれば、中心軸に沿って等距離の外周面を有する被研磨体の外周面の研磨において、キズの発生を抑制することができる。また、本開示の研磨体の製造方法によれば、外周面にキズがない研磨体を製造することができる。

本実施形態に係る被研磨体の概略図である。本実施形態に係る板状キャリアおよび研磨装置の概略図である。他の実施形態に係る板状キャリアの要部拡大図である。他の実施形態に係る板状キャリアの要部拡大図である。他の実施形態に係る板状キャリアの概略図である。他の実施形態に係る板状キャリアの概略図である。他の実施形態に係る板状キャリアの概略図である。他の実施形態に係る研磨装置の概略図である。従来のキャリアの概略図である。

本開示の板状キャリア、研磨装置および研磨体の製造方法について、図を参照しながら説明する。なお、板状キャリアは、キャリアともいう。

図１は、被研磨体１の概略図である。本開示において研磨対象となる被研磨体１は、図中Ａ−Ａ’で示す中心軸２に沿って等距離の外周面３を有する。被研磨体１は、円柱状であっても、円筒状であっても、内部に貫通孔や非貫通孔を有していても、外周面３に溝を有していてもよい。この被研磨体１が研磨されて研磨体となる。

図２は、本開示の研磨装置の概略図である。図２（ａ）はその側面図、図２（ｂ）はその上面図である。図２（ａ）に示すように、定盤５の上にキャリア７が配置されており、図２（ｂ）に示すように、キャリア７には、キャリア７を上下に貫通する貫通孔からなる収納部９が設けられている。そして、この収納部９は、被研磨体１を、中心軸２を中心に回転可能に収納する。

収納部９は、被研磨体１を収納するために被研磨体１よりも大きく、収納部９の中で被研磨体１が中心軸２を中心に回転するように、被研磨体１の中心軸２を所定の範囲で維持可能な形状となっている。

図２の例では、定盤５、キャリア７はともに円板状である。そして、例えば、キャリア７を回転させると、定盤５とキャリア７が相対的に移動することによって収納部９に収納された被研磨体１を定盤５で研磨することができる。キャリア７と定盤５とは、少なくともいずれか一方が、回転すればよい。

図３は、キャリア７の収納部９に収納された被研磨体１を示す要部拡大図である。図中の矢印は、キャリア７と被研磨体１の進行方向である。相対的な移動を考えると定盤５は、矢印とは逆の方向に進むことになる。

定盤５とキャリア７とが相対的に移動することによって、被研磨体１が中心軸２を中心に回転し、定盤５が被研磨体１の外周面３を研磨する。

図３において、キャリア７が矢印の方向（左）に進むと、被研磨体１は収納部９の右側に押しつけられる。図３における被研磨体１の右側には、被研磨体１の外周面３と対面し、被研磨体１の外周面３を２つの支持部１５で支持する支持壁面１３が配置されている。

この支持壁面１３は、上面視において、２つの支持部１５の間に、外周面３と接触しない凹部１７を有している。

研磨時には被研磨体１の外周面３は、収納部９の支持壁面１３の支持部１５に接触しながら回転する。

図９に示す、従来のキャリア３０には、凹部１７がなく、被研磨体３２の外周面は広範囲で収納部３１の壁面３１ａと接触し、被研磨体３２と、収納部３１の壁面３１ａとの間に異物が入り込んだ場合、その異物が回転する被研磨体３２と接触し続けて外周面に周方向のキズが発生していた。

このようなキズを発生させる異物として、例えば、前工程で被研磨体１に付着していた異物、装置由来の異物、研摩中に発生する研磨屑、研磨砥粒に含まれる不純物が挙げられる。これら異物は、直径０．１ｍｍ以下のものが多い。

収納部９に凹部１７を有する本開示の研磨装置によれば、被研磨体１と、収納部９の支持壁面１３との間に入り込んだ異物は、定盤５とキャリア７とが相対的に移動することに伴って、収納部９の凹部１７に移動するため、被研磨体１の外周面３との接触が起こりにくく、キズの発生を低減できる。

支持部１５は、被研磨体１と点接触していてもよい。このような構造であると、被研磨体１の外周面３と支持部１５との接触面積を減らすことができ、被研磨体１の外周に異物に起因するキズが付くことを抑制することができる。

図３に示すように、支持部１５が支持壁面１３に凸状に形成されていてもよく、図４に示すように、被研磨体１の中心軸２方向における両端部に支持部１５を有してもよい。このような構成であると、外周面３とキャリア７との接触面積が最小になるので好適である。

また、収納部９が、被研磨体１の中心軸２方向における中央部に対向する位置に凹部１７を有していてもよい。このような構成であると、異物が排出されやすい。

また、収納部９は、複数の凹部１７を有していてもよい。例えば、収納部９が、３つの支持部１５を有し、支持部１５の間に２つの凹部１７を有する構造であると、２つの支持部を有する場合に比べ、一つあたりの支持部１５かかる力が減少するため、支持部１５が摩耗しにくくなり、キャリア７に起因する異物の発生を抑制できる。

また、被研磨体１の中心軸２を挟んで対向する二つの支持壁面１３のそれぞれに、凹部１７を有していてもよい。このような構成であると、被研磨体１が収納部９のいずれの支持壁面１３に接触した場合でもキズの発生を低減することができる。

また、凹部１７は、中心軸２を挟んで対向する位置に有していてもよい。このような構
成であると、被研磨体１がいずれの支持壁面１３に接触したときでも同様な効果が得られるのでよい。従って、研磨の途中で、キャリア７の回転方向が変わったり、キャリア７と定盤５との相対的移動方向が変わった場合でも被研磨体１の外周３にキズが発生することを抑制できる。

また、２つの前記支持部１５を結んだ直線と、凹部１７の最深部１７ａとの距離のうち最も短い距離Ｌを０．１５ｍｍ以上としてもよい。経験的に異物の大きさは、０．１ｍｍ未満であることが多く、このような構成とすると、外周面３にキズが発生しにくい。

キャリア７における収納部９の配置は、図５、６に示すように種々の形態であってもよい。

例えば、図５の例では、複数の収納部９がキャリア７の中心（キャリア７の自転中心でもある）に対して放射状に、すなわち被研磨体１の中心軸２とキャリア７の径方向とのなす角がおおよそ０°となるように配置されている。また、図６の例では、被研磨体１の中心軸２とキャリア７の径方向とのなす角が約１５°となるように複数の収納部９が配置されている。

キャリア７の径方向と中心軸２のなす角度とのなす角は、３０°以内となるように配置されていてもよい。キャリア７の径方向と中心軸２のなす角度が大きくなると、面粗さ、円筒度などの加工精度を高くしやすくなる。

また、複数の収納部９が、同心円上に等間隔で配置されていてもよい。このような構成であると、研磨対象となる複数の被研磨体１に均一に負荷がかかるので、研磨量を均一化しやすくなる。

収納部９の形状は、図５、図６のように多角形状であってもよいし、図７のように楕円形などであってもよく、支持壁面１３が曲線であってもよい。ただし、収納部９の形状が、円など、被研磨体１の中心軸２を収納部９内で維持することが難しい形状は不適である。

例えば、図６に示すキャリア７を用いて直径２ｍｍ、長さ１７ｍｍの被研磨体１を研磨する場合、キャリア７の厚みを１．５ｍｍとし、収納部９の、被研磨体１の中心軸２方向の長さ（以下、長さという）を１９ｍｍ、対向する支持壁面１３の間隔（以下、幅という）を中央部で３．５ｍｍ、両端部で２．５ｍｍとするとよい。

この収納部９を上面視した形状は、例えば、図４〜６に示すような６角形状であり、支持壁面１３の長さ方向における中央に凹部１７を有するものである。

この場合、外周面３に対する凹部１７の深さ、つまり、２つの支持部１５を結んだ直線と、凹部１７の最深部との最短距離は、約０．４５ｍｍである。この例で示すように最短距離は、０．１５ｍｍ以上としてもよい。このような構成であれば、直径０．１ｍｍの異物であっても被研磨体１と異物が接触することを抑制でき、容易に排出できる。

また、本開示の他の形態の研磨装置は、図８に示すように、定盤５として、キャリア７を挟んで対向する上定盤（不図示）と下定盤５ｂとを備え、キャリア７を自公転させるためのサンギア１９とインターナルギア２１とを備えている。研磨時は上定盤と下定盤５ｂとを逆方向に回転させながら、上定盤と下定盤５ｂとの間に研磨砥粒を含むスラリーを供給するとよい。

キャリア７は円板状で、外周に歯車を有している。その歯車はサンギア１９、インターナルギア２１と歯号している。キャリア７は、サンギア１９とインターナルギア２１の回転に伴い、上定盤と下定盤５ｂとの間で自公転する。なお、図５〜７のキャリア７も、外周に歯車を有する形態で例示している。

被研磨体１の中心軸２を中心とする回転は、キャリア７と定盤５とが相対的に移動することによって生じる。被研磨体１の中心軸２を中心にする回転は、例えば、キャリア７が定盤５に対して公転および自転することや定盤５が自転することで生じる。

キャリア７の径方向と被研磨体１の中心軸２のなす角度が小さく、被研磨体１の回転方向とキャリアの自転方向が近いほど、キャリア７の自転による被研磨体１の回転数が多くなる。前述したように、キャリア７の径方向と中心軸２のなす角度が大きくなると、面粗さ、円筒度などの加工精度を高くしやすくなる。

キャリア７が定盤５に対して、自転および公転する場合には、定盤５と被研磨体１の中心軸２とがなす角度は、研磨の際に変化する。その結果、研磨レートを大きくしながら、加工精度も高くしやすくなる。

定盤５の材質は、例えば、銅、錫、鋳鉄などの金属であってもよい。定盤５の表面には研磨スラリーの供給、排出のための溝を有していてもよい。定盤５が、その主面に収納部９と接続する溝を有していると、溝を通して異物を排出できるとともに、研磨砥粒を供給、排出することができる。特に、下定盤５ｂに溝が形成されていると、異物を効率的に排出することができる。また、定盤５の溝が凹部１７または、キャリア７の溝と接続するように配置すると、異物を効率的に排出することができる。

キャリア７の材質は、例えば塩化ビニル樹脂などの樹脂、エポキシガラスなどのガラス、ＳＵＳなどの金属である。キャリア７の厚みは被研磨体１の直径よりも小さい。また、キャリア７は、その主面に、収納部９と接続する溝を有していてもよい。このような構造であると、溝を通して異物を排出できるとともに、研磨砥粒を供給、排出することができる。特に、キャリア７の下面側、すなわち定盤５と対向する主面に溝を形成されていると、異物を効率的に排出できる。また、溝が凹部１７と接続していると、異物を効率的に排出できる。

以上説明した、本開示の研磨装置を用いた研磨体の製造方法について説明する。

まず、中心軸２に沿って等距離の外周面３を有する被研磨体１を準備する。この被研磨体１は、円柱、円筒状のものであり、予め、粗研磨したものであってもよい。

次に、この被研磨体１を、定盤５上に配置されたキャリア７の収納部９に収納する。キャリア７は、被研磨体１を被研磨体１の中心軸２を中心に回転可能に収納する収納部９を有している。また、収納部９は、被研磨体１の外周面３と対面し、上面視において外周面３を少なくとも２つの支持部１５で支持する支持壁面１３と、支持部１５の間に配置された外周面３と接触しない凹部１７とを有している。

そして、定盤５とキャリア７とを相対的に移動させ、被研磨体１を回転させながら、定盤５で被研磨体１の外周面３を研磨して、研磨体を製造する。

このような工程を有する研磨体の製造方法によれば、研磨体の外周面にキズが発生することを抑制することができる。

なお、本開示の研磨体の製造方法においては、本開示の研磨装置を用いるとよく、上述の種々のキャリアや定盤を用いることができる。

以上説明したとおり、本開示の研磨装置および研磨体の製造方法は、キズの発生を抑制することができるものである。被研磨体１としては、例えば、セラミック焼結体が挙げられる。また、キズがあると目立ってしまう透明な単結晶に用いるとよい。特に、透明で機械的、光学的特性に優れたサファイアの製造に用いるとよい。

本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良、組合せ等が可能である。例えば、研磨装置はキャリア７を保持し回転させながら加圧するプレッシャープレートを備えた、片面研磨装置であってもよい。また、研磨装置は機械的な研磨と化学的な研磨を同時に行う研磨装置であってもよい。また、定盤５上に研磨パッドを配置してもよい。

まず、中心軸に沿って等距離の外周面を有する単結晶体であるサファイア製の被研磨体を２００個準備した。被研磨体は、直径２ｍｍ、長さ１７ｍｍの円柱状である。

実施例として、図５に示す形態のキャリアと、比較例として図９に示す形態のキャリアとを準備した。それぞれのキャリアには被研磨体を被研磨体の中心軸を中心に回転可能に収納する収納部が設けられている。

そして、実施例のキャリアの収納部に被研磨体を収納し、比較例のキャリアの収納部に被研磨体を収納した。そして、定盤とキャリアとを相対的に移動させ、定盤で被研磨体の外周面を研磨した。

なお、定盤は銅製であり、キャリアは厚みが１．５ｍｍの塩化ビニル製である。また、研磨には粒径１μｍのダイヤモンド砥粒を含有するスラリーを用いた。

実施例における、収納部の長さは１９ｍｍ、幅は中央部で３．５ｍｍ、両端部で２．５ｍｍであり、凹部を有する６角形状のものである。一方、比較例における収納部の長さは１９ｍｍ、幅は２．５ｍｍであり、凹部を有していない。

それぞれの試験における外周面のキズ不良の発生率は、実施例の場合が０％、比較例の場合が５％であった。

１：被研磨体
２（Ａ−Ａ’）：中心軸
３：外周面
５：定盤
５ｂ：下定盤
７：キャリア
９：収納部
１３：支持壁面
１５：支持部
１７：凹部
１９：サンギア
２１：インターナルギア

Claims

被研磨体の外周面を研磨するための板状キャリアであって、
上面および下面を有する板状であり、
中心軸に沿って等距離の外周面を有する円柱状または円筒状の被研磨体を前記中心軸が前記下面と平行となるように配置することによって、前記被研磨体を前記中心軸を中心に回転可能に収納する、前記上面から前記下面に貫通する収納部を有し、
前記収納部は、前記中心軸を挟んで両側からそれぞれ前記外周面と対面する第１側面および第２側面と、前記被研磨体の両端面にそれぞれ対面する第３側面および第４側面とを有し、
前記第１側面は、上面視において前記外周面を少なくとも２つの支持部で支持する支持壁面と、前記支持部の間に配置された、前記上面から前記下面にかけて前記外周面と接触しない第１凹部とを有する、板状キャリア。
前記支持部は、前記被研磨体と点接触する、請求項１に記載の板状キャリア。
前記支持壁面は、被研磨体の軸方向における端部で前記外周面を支持する、請求項１または請求項２に記載の板状キャリア。
前記収納部の前記第１側面は、前記中心軸の中央部に対向する位置に前記第１凹部を有する、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の板状キャリア。
前記収納部の前記第１側面は、複数の前記第１凹部を有する、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の板状キャリア。
前記収納部は、前記第２側面に、前記中心軸を挟んで前記第１凹部に対向する第２凹部を有する請求項５に記載の板状キャリア。
２つの前記支持部を結んだ直線と、前記第１凹部の最深部との距離のうち最も短い距離が０．１５ｍｍ以上である請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の板状キャリア。
前記収納部と連通する溝部を有する、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の板状キャリア。
前記溝部は、前記第１凹部と連通する、請求項８に記載の板状キャリア。
請求項１乃至９のいずれかに記載の板状キャリアと、
中心軸に沿って等距離の外周面を有する円柱状または円筒状の被研磨体を研磨する定盤と、を備え、
前記定盤と、前記定盤の上に配置された前記板状キャリアとが相対的に移動することによって、前記被研磨体の前記外周面を研磨する、研磨装置。
前記板状キャリアは、前記定盤と対向する主面に溝部を有する、請求項１０に記載の研磨装置。
請求項１０または請求項１１に記載の研磨装置の前記収納部に前記被研磨体を収納する工程と、
前記定盤と前記キャリアとを相対的に移動させ、前記定盤で前記被研磨体の前記外周面を研磨する工程とを、有する研磨体の製造方法。
前記研磨体が、単結晶体である、請求項１２に記載の研磨体の製造方法。
前記研磨体が、サファイアである、請求項１３に記載の研磨体の製造方法。